CN108977929B - 一种皮芯结构吸湿排汗聚氨酯弹性纤维的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种皮芯结构吸湿排汗聚氨酯弹性纤维的制备方法，该方法包括：1),制备亲水性二氧化硅颗粒的N,N‑二甲基乙酰胺分散液2),制备聚氨基甲酸酯‑聚脲的N,N‑二甲基乙酰胺溶液，熟化后得到芯层纺丝液；3),取部分聚氨基甲酸酯‑聚脲溶液，加入常规助剂与亲水性二氧化硅颗粒的N,N‑二甲基乙酰胺分散液，经N,N‑二甲基乙酰胺稀释，熟化后得到皮层纺丝液；4),将芯层纺丝液通过喷丝板进行喷丝拉伸、经第一甬道高温干燥，制备芯层聚氨酯弹性纤维丝，将皮层纺丝液通过专用结构涂覆装置涂覆于聚氨酯弹性纤维丝表面，经第二甬道高温干燥、上油、卷绕成型得到吸湿排汗聚氨酯弹性纤维。

Description

一种皮芯结构吸湿排汗聚氨酯弹性纤维的制备方法

技术领域

本发明属于聚氨酯弹性纤维的制备方法，特别涉及一种皮芯结构吸湿排汗聚氨酯弹性纤维的制备方法。

背景技术

聚氨酯弹性纤维，简称氨纶，是一类弹性合成纤维，具有断裂伸长率高、弹性回复率高、耐腐蚀、抗老化、耐热、抗疲劳等优异性能，广泛应用于纺织行业。然而，由于原料聚氨酯本身具有疏水性，导致聚氨酯弹性纤维存在亲水性不足这一问题。近年来，随着聚氨酯弹性纤维在织物中所占比例不断增大，由于亲水性不足，会对织物的吸湿排汗性能产生影响。织物吸湿排汗性能不佳，导致人体排汗时汗液难以透过织物，留存在皮肤与织物之间，因而产生黏着感。随着消费者对织物舒适性要求不断提高，常规聚氨酯弹性纤维已不能满足市场要求，对其进行亲水改性，开发吸湿排汗聚氨酯弹性纤维已是大势所趋。

吸湿排汗纤维要求纤维能够较快吸收并且输送水分，这里水分主要指液态水。吸收过程可分为三种情况：1)、纤维表面吸水，即液态水可以被纤维表面存在的凹槽、微孔吸收；2)、纤维内部吸水，纤维中存在如羧基、酰胺基、胺基、羟基等亲水基团，可以与水分子通过氢键结合，结合水分子经氢键继续结合其它游离水，从而达到吸水目的；3)、纤维之间吸水，纤维之间存在毛细管，在毛细管效应作用下吸收液态水(顾丽霞，刘兆峰，亲水性纤维，中国石化出版社，1997)。输送过程指液态水通过织物中的毛细管，从织物的一面输送到另一面，主要过程包括织物内表面润湿、毛细管传输、织物外表面蒸发(孙玉钗，人-服装-环境系统热湿舒适性的理论研究，河北科技大学学报，2003年4期，61)。输送过程得以进行，一方面要求纤维表面接触角较低(<90o)，这样有利于液态水在织物内、外表面的润湿，同时能够形成与水滴流动方向同向的毛细管附加压力，促使液态水通过织物；另一方面要求织物纤维间的毛细管管径较细，这样能够提供较大的毛细管附加压力，有助于液态水透过织物。

根据吸湿排汗原理，可通过以下方法实现纤维的吸湿排汗特性，包括异形截面，中空多孔，共混纺丝，表面改性，亲水整理。

异形截面指通过采用异形喷丝板，获得特殊截面纤维，如十字形、Y形截面纤维的方法，这样可以增多纤维的纵向沟槽，形成更多的毛细管，有利于液态水的吸收与输送。典型产品为美国杜邦公司推出的Coolmax聚酯纤维，截面为中空的并排三环状，这种独特的结构使单根纤维具有四条沟槽，对应织物毛细效应优良，可迅速将皮肤上的汗液吸收，传输到织物表面挥发，保持皮肤的干爽(刘国华，王启明，含有Coolmax和Lycra的运动内衣，针织工业，2002年02期，47)。韩国晓星公司开发Aerocool聚酯纤维，截面为“苜蓿草”四叶子形，同样具有优良的吸湿排汗性能(国内外吸湿排汗纤维与纱线开发简况，技术创新，2004年08期，34)。

中空多孔指生产芯层为中空，皮层有微孔且部分微孔可以贯穿皮层的吸湿排汗纤维的方法。液态水与含此类纤维织物内表面接触时，由于毛细效应，由皮层贯穿微孔向中空芯层输送，并沿芯层向织物外表面扩散，最终在织物外表面再经皮层贯穿微孔向空气中蒸发。中空芯层可通过异形喷丝板获得，微孔结构的形成是通过在聚合物中均匀分布成孔剂，经纺丝，在后道溶解阶段将其溶解，从而在纤维上留下微孔。成孔剂可包括水溶性聚酯与碳酸钙粉体，前者在碱性染色或处理条件下，后者在酸性染色或处理条件下，会溶解在处理溶剂中，在纤维表面形成大量微孔或沟槽，使纤维具有较好的吸湿排汗性能(赵茂成，陈琳，李彦，张玉梅，王华平，亲水性吸湿排汗聚酯纤维及其制备方法，201310262750.1)。

共混纺丝通过将主聚合物与含亲水基团聚合物共混进行纺丝，生产吸湿排汗纤维。含亲水基团聚合物的加入，一方面使纤维表面富集更多的亲水基团，降低接触角，有利于液态水的润湿，另一方面有助于纤维内部吸收更多的水分子，增加纤维的吸水能力。常见的含亲水基团聚合物包括丙烯酸类聚合物、聚乙烯醇、醋酸纤维素等。举例来说，以二甲基亚砜为溶剂，将丙烯腈与醋酸纤维素按照一定比例混合后形成稳定原液，经湿法纺丝制备共混纤维。因为醋酸纤维素带有较多数量的羟基，能够促进液态水在纤维表面的润湿，在纤维内部的吸收；且共混纤维两者具有不相容性，能在纤维内部产生空隙、微孔等结构，为液态水在织物中的输送提供毛细管，二者协同作用，使共混纤维具有优良的吸湿排汗性能(陆帅羽，醋酸纤维素/聚丙烯腈共混纤维的制备及其亲水性能研究，东华大学，2016)。

表面改性通过对纤维表面进行等离子体、水解处理，或接枝共聚，生成羧基、羟基、胺基等亲水基团，从而使亲水基团在纤维表面富集，提高液态水在纤维表面的润湿效果。由于这些亲水基团与主纤维通过化学键连接，具有良好的抗洗去性能，反复洗涤仍可保持吸湿排汗效果。举例来说，将聚丙烯腈与聚乙二醇在N,N-二甲基乙酰胺中共混溶解后湿法纺丝，经水洗处理除去聚乙二醇后，制得多孔聚丙烯腈纤维，然后在10wt％氢氧化钠碱液中于90℃水解，促使纤维表面-CN基团转变成-CONH₂与-COOH等亲水基团，得到具有优良吸湿性能的改性聚丙烯腈纤维(刁彩虹，肖长发，马艳霞，高吸湿性聚丙烯腈纤维的制备，纺织学报，2010年09期，1)。

亲水整理是指在纤维或织物表面涂覆一层亲水整理剂，一般为聚醚、聚酯、聚氨酯类型的表面活性剂，以达到改变纤维表面润湿性能。通常采用浸泡法进行涂覆，操作简单，在保证纤维原有性能基础上，增加亲水性。但亲水整理剂与纤维之间无化学键合，导致洗涤过程中容易脱附，耐久性差。一般将经涂覆纤维高温处理，使亲水整理剂的部分链段进入纤维中，与纤维发生共融、共结晶，从而提高耐久性。(肖春雪，李文刚，黄象安，PET/PTT共混体系相容性的研究，合成纤维，2003年06期，22)。举例来说，采用对苯二甲酸二甲酯、间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠与乙二醇、聚乙二醇缩合，可制备水溶性聚酯型亲水整理剂，将涤纶织物浸入上述亲水整理剂溶液中30min，经100℃预烘3min，160℃烘焙80s，织物在30min芯吸高度达到了15cm，原高于国家标准对吸湿排汗织物10cm的要求(董威，吴明华，陈金辉，戴霞，新型聚酯聚醚共聚型亲水整理剂的合成及其性能，纺织学报，2010年10期，73)。

然而，以上对纤维进行吸湿排汗处理的方法多数不适用于聚氨酯弹性纤维，主要因为：

1)、聚氨酯弹性纤维采用干法纺丝制备，即聚氨酯溶于有机溶剂后，经喷丝板吐出、纺丝甬道挥发有机溶剂，出甬道形成纤维。通过纺丝甬道时，伴随有机溶剂的挥发，截面形状较喷丝板吐出时会不断变小；同时，高温导致聚氨酯溶液粘度下降，在界面能的作用下，截面更倾向于形成圆形。由于聚氨酯弹性纤维采用干法纺丝，不能通过改变喷丝板形状制备异形或中空纤维。可见，异形截面、中空多空这两种吸湿排汗处理方法并不适用聚氨酯弹性纤维。

2)、常见含亲水基团聚合物，如丙烯酸类聚合物、聚乙烯醇、醋酸纤维素等不具有提供弹性的软链段与作为交联点的硬链段，故缺乏弹性。与聚氨酯共混时，会导致制备纤维力学性能如定伸长强力、断裂强力大幅下降。可见，共混纺丝也不适用于聚氨酯弹性纤维的吸湿排汗处理。

3)、表面改性需在纤维涂覆油剂之前进行，否则油剂会对表面改性形成阻碍。具体来说，表面改性需在纤维出甬道与入油辊之间进行。但甬道出丝速度极快，达700～900m/min，在极短时间内难以通过等离子体处理、水解处理、接枝共聚等方式对纤维表面进行亲水改性，故表面改性不具备操作可行性。

4)、亲水整理通过浸渍亲水整理剂增加纤维的吸湿排汗性能，是一种可行的方法。经高温处理，亲水整理剂中部分链段进入纤维发生共融、共结晶，提高了耐水洗性能。织物一般为聚氨酯弹性纤维与其它纤维共纺物，选用亲水整理剂时，要求既能与聚氨酯、又能与共纺纤维发生共融、共结晶，这对亲水整理剂的结构组成提出了较高要求。此外，由于无化学键合，亲水整理剂会随着洗涤次数的增加逐渐从纤维表面脱落，影响吸湿排汗性能的持久性。

总而言之，通过亲水改性，开发具有吸湿排汗性能的聚氨酯弹性纤维能够满足消费者对织物舒适性的要求，是市场发展的趋势。受聚氨酯弹性纤维制备工艺及物性要求的限制，异形截面、中空多空、共混纺丝、表面改性等方法不适用于聚氨酯弹性纤维的吸湿排汗改性，亲水整理是一种可行的方案，但对亲水整理剂的结构组成要求高，且面临耐水洗性不足这一问题。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种皮芯结构吸湿排汗聚氨酯弹性纤维的制备方法。解决常规聚氨酯弹性纤维因亲水性不足，对织物吸湿排汗性能产生影响这一问题。该法制备吸湿排汗聚氨酯弹性纤维具有吸湿排汗效果显著、耐水洗性能优良等特点，是一种可用于产业化生产的方法。

技术方案：本发明涉及一种皮芯结构吸湿排汗聚氨酯弹性纤维的制备方法，1),利用过量甲苯-2,4-二异氰酸酯对二氧化硅颗粒表面进行修饰，合成表面带有-NCO基团的功能化二氧化硅颗粒，将颗粒洗涤后分散于N,N-二甲基乙酰胺中，与甲氧基聚乙二醇反应，制备亲水性二氧化硅颗粒的N,N-二甲基乙酰胺分散液；2),采用二异氰酸酯、聚醚二元醇、二胺、单胺为原料，经预聚与扩链制备聚氨基甲酸酯-聚脲的N,N-二甲基乙酰胺溶液，经过熟化得到芯层纺丝液；3),取部分聚氨基甲酸酯-聚脲溶液，加入抗氧剂、紫外吸收剂、润滑剂、消光剂、染色助剂等常规助剂，同时加入亲水性二氧化硅颗粒的N,N-二甲基乙酰胺分散液，经过熟化得到皮层纺丝液；4),将芯层纺丝液通过喷丝板进行喷丝拉伸、经第一甬道内高温干燥，制备芯层聚氨酯弹性纤维丝，将皮层纺丝液通过专用结构涂覆辊涂覆于聚氨酯弹性纤维丝表面，经第二甬道高温干燥，制备皮芯结构聚氨酯弹性纤维丝，最后经上油、卷绕成型得到吸湿排汗聚氨酯弹性纤维丝卷。

该制备方法包括以下步骤：

1)将二氧化硅颗粒和甲苯-2,4-二异氰酸酯加入N,N-二甲基乙酰胺中，通过球磨机分散后，置于80～100℃温度条件下反应6～8h，反应结束后离心获取二氧化硅颗粒，再用N,N-二甲基乙酰胺分散，反复几次，得到功能化二氧化硅颗粒；将功能化二氧化硅颗粒加入N,N-二甲基乙酰胺中，球磨机分散，加入甲氧基聚乙二醇，置于70～80℃温度条件下反应2～4h，得到亲水性二氧化硅颗粒的N,N-二甲基乙酰胺分散液；

2)在第一反应器中，同时加入二异氰酸酯、聚醚多元醇，置于70-80℃温度条件下，充分进行预聚反应，得到以-NCO封端预聚物，在高速溶解机中，采用N,N-二甲基乙酰胺作为溶剂，对所述的以-NCO封端预聚物进行充分溶解，得到-NCO封端预聚物N,N-二甲基乙酰胺溶液；

3)在第二反应器中，采用混合胺N,N-二甲基乙酰胺溶液，其中混合胺包括作为扩链剂的二胺与作为链终止剂的单胺，对所述-NCO封端预聚物N,N-二甲基乙酰胺溶液进行扩链，得到聚氨基甲酸酯-聚脲溶液，经过熟化，得到芯层纺丝液；

4)在上述聚氨基甲酸酯-聚脲溶液中加入抗氧剂、紫外吸收剂、润滑剂、消光剂、染色助剂，同时加入步骤1)得到的亲水性二氧化硅颗粒的N,N-二甲基乙酰胺分散液，经N,N-二甲基乙酰胺稀释，进行充分搅拌、分散、熟化，得到皮层纺丝液；

5)将所述皮层、芯层纺丝液通过计量泵送入皮芯结构聚氨酯弹性纤维专用干法纺丝系统，借助喷丝板对芯层纺丝液进行喷丝拉伸，经第一甬道内高温干燥，制备芯层聚氨酯弹性纤维；再通过涂覆装置将皮层纺丝液涂覆于芯层聚氨酯弹性纤维表面，经第二甬道高温干燥，制备皮芯结构聚氨酯弹性纤维，后经上油、卷绕成型得到皮芯结构吸湿排汗聚氨酯弹性纤维丝卷。

其中，

所述二氧化硅颗粒表面-OH基团含量为1.0mmol/g～1.5mmol/g，颗粒平均粒径为1μm～10μm；所述二氧化硅颗粒中-OH基团与甲苯-2,4-二异氰酸酯中

-NCO基团摩尔比为1:6～1:12。

所述甲氧基聚乙二醇分子量为350～5000；所述功能化二氧化硅颗粒中-NCO基团与甲氧基聚乙二醇中-OH基团摩尔比为1:1；所述亲水性二氧化硅颗粒的N,N-二甲基乙酰胺分散液固含量为10wt％。

所述二异氰酸酯是4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、4,4’-环己烷二亚甲基二异氰酸酯或2,4’-环己烷二亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种组合。

所述聚醚多元醇是聚四亚甲基醚二醇，分子量为1500～3000；所述-NCO封端预聚物，-NCO含量为1.8wt％～3.5wt％；所述-NCO封端预聚物N,N-二甲基乙酰胺溶液，预聚物含量为35wt％～45wt％。

所述二异氰酸酯与聚醚多元醇，添加比例为1.42:1-2.60:1；

所述作为扩链剂的二胺为乙二胺、1,2-丙二胺或2-甲基-1,5-戊二胺中的一种或几种；所述作为链终止剂的单胺为二甲胺、二乙胺、二丙胺、乙醇胺或二乙醇胺的一种或几种；所述二胺与单胺的氨基摩尔比为10:1～20:1；所述混合胺N,N-二甲基乙酰胺溶液，混合胺含量为4wt％～6wt％。

所述亲水性二氧化硅颗粒占皮层纺丝液固含量比例为3wt％～5wt％；所述皮层纺丝液固含量为10wt％。

所述熟化后的芯层纺丝液，粘度为1500～6000泊；所述熟化后的皮层纺丝液，粘度为1500～6000泊。

所述涂覆装置对芯层聚氨酯弹性纤维的涂覆厚度为5μm～50μm。

有益效果：

1)该技术制备了粒径可控、含特殊基团、不易团聚的亲水性二氧化硅颗粒。

由于亲水性二氧化硅颗粒是通过二氧化硅颗粒表面改性获得的，二者的粒径具有对应关系，故选定二氧化硅颗粒粒径，便可以控制亲水性二氧化硅颗粒粒径。粒径可控，对维持聚氨酯弹性纤维特殊表面形貌至关重要。

由于亲水性二氧化硅颗粒先经甲苯-2,4-二异氰酸酯改性，再经甲氧基聚乙二醇改性，使其表面含有氨基甲酸酯与聚乙二醇两种基团。这两种基团对聚氨酯弹性纤维吸湿排汗性能与耐水洗性具有重要意义。

在用过量甲苯-2,4-二异氰酸酯对二氧化硅颗粒表面进行修饰时，由于甲苯-2,4-二异氰酸酯中2个-NCO基团反应活性存在差异，在过量情况下，活性较高的对位-NCO基团与二氧化硅颗粒表面羟基优先发生反应，同时保留反应活性较低的邻位-NCO基团。这既阻止了二氧化硅颗粒因甲苯-2,4-二异氰酸酯发生连接，又为与甲氧基聚乙二醇反应提供了基团。含-NCO基团二氧化硅颗粒进一步与甲氧基聚乙二醇反应时，由于甲氧基聚乙二醇为单官能团聚合物，与一个含-NCO基团二氧化硅颗粒反应后，即停止与第二个二氧化硅颗粒反应，这能效防止二氧化硅颗粒因聚乙二醇发生连接，进而团聚的发生；另一方面，甲氧基聚乙二醇具有表面活性，促进颗粒在溶剂中的分散，有效阻止团聚。

2)该技术采用皮芯结构，将亲水性二氧化硅颗粒涂覆于纤维表面，使纤维具有特殊的表面形貌。

皮芯结构纤维由皮层和芯层两种组分构成，截面一般为芯层构成内圆、皮层构成外环的同心圆，也存在偏心圆、异形、均匀的截面形状，皮层和芯层的材料组成和成分配比上会有所差别。这一结构可以应用到不同种类纤维，主要包括聚乳酸纤维(刘庆生，邓炳耀，杨琪冰，一种耐热性高的皮芯结构聚乳酸纤维及其制备方法，201610977971.0)，聚乙烯-聚丙烯纤维(郭清海，江建平，郭人琦，一种高强度PE-PP双组份皮芯结构复合长丝及其制备方法，201711378379.X)，聚酯纤维(冯淑芹，唐俊松，缪汉根，梅锋，刘淑华，朱冬兰，钱琴芳，曹志霞，一种再生皮芯结构复合纤维及其制备方法，201410065565.8)，聚酰胺纤维(李晓琳，一种耐高温聚酰胺皮芯复合纤维及其制备方法，201010604251.2)，聚氨酯纤维(王卫庆，魏会芳，于游江，一种导电氨纶纤维及其制备方法，201710016153.9)

就聚氨酯弹性纤维而言，皮芯结构可通过皮芯喷丝板、涂覆喷丝板、涂覆辊加以实现。本发明拟采用专利1711315362.X所述方法实现皮芯结构，其特点在于采用可开合涂覆装置用于涂覆皮层纺丝液，及第二甬道用于挥发皮层纺丝液溶剂。

具体来说，皮层纺丝液的固含量为10wt％，随着溶剂的挥发，皮层纺丝液厚度不断变薄，最终厚度仅约为挥发前的1/10。通过控制亲水性二氧化硅颗粒的直径，使其大于挥发后的皮层厚度，可使颗粒呈半球形凸起于纤维表面，形成特殊的表面形貌。这一表面形貌对聚氨酯弹性纤维的吸湿排汗效果及耐水洗性具有重要意义。

3)该技术制备的聚氨酯弹性纤维具有显著的吸湿排汗性能。

聚氨酯弹性纤维表面具有凸起的亲水性二氧化硅颗粒，颗粒表面经甲氧基聚乙二醇改性，能够有效降低纤维表面接触角，促进液态水的润湿。同样，凸起部分之间的空隙形成了连续的沟槽，起到了毛细管作用，有利于液态水的吸收与输送。以上两点起到了亲水整理与截面异形的效果，使聚氨酯弹性纤维具有优良的吸湿排汗性能。

4)该技术制备的聚氨酯弹性纤维，经多次水洗，仍保持优良的吸湿排汗性能，具有耐水洗性。

亲水性二氧化硅颗粒部分沉浸于聚氨酯弹性纤维主体，沉浸颗粒的表面富集有胺基甲酸酯基团，这些富集的基团与聚氨酯中的氨基甲酸酯基团形成共结晶，能够有效地固定亲水性二氧化硅颗粒，防止在水洗过程中脱落，使聚氨酯弹性纤维具有优良的耐水洗性。

附图说明

图1为本发明中亲水性二氧化硅颗粒表面修饰基团结构图；

图2为本发明中聚氨酯弹性纤维间沟槽示意图；

图3为本发明中亲水性二氧化硅颗粒表面改性反应过程图。

具体实施方式

本发明的皮芯结构吸湿排汗聚氨酯弹性纤维的制备方法具体包括以下步骤：

1)将二氧化硅颗粒和甲苯-2,4-二异氰酸酯加入N,N-二甲基乙酰胺中，通过球磨机分散180min后，置于80～100℃温度条件下反应6～8h，反应结束后离心获取二氧化硅颗粒，再用N,N-二甲基乙酰胺分散，反复几次，得到功能化二氧化硅颗粒；

2)将功能化二氧化硅颗粒加入N,N-二甲基乙酰胺中，球磨机分散180min，加入甲氧基聚乙二醇，置于70～80℃温度条件下反应2～4h，得到亲水性二氧化硅颗粒的N,N-二甲基乙酰胺分散液；

3)在第一反应器中，同时加入二异氰酸酯、聚醚多元醇，置于70-80℃温度条件下，充分进行预聚反应，得到以-NCO封端预聚物；

4)在高速溶解机中，采用N,N-二甲基乙酰胺作为溶剂，对所述的以-NCO封端预聚物进行充分溶解，得到-NCO封端预聚物N,N-二甲基乙酰胺溶液；

5)在第二反应器中，采用混合胺N,N-二甲基乙酰胺溶液，其中混合胺包括作为扩链剂的二胺与作为链终止剂的单胺，对所述-NCO封端预聚物N,N-二甲基乙酰胺溶液进行扩链，得到聚氨基甲酸酯-聚脲溶液，经过熟化，得到芯层纺丝液；

6)在聚氨基甲酸酯-聚脲溶液中加入抗氧剂、紫外吸收剂、润滑剂、消光剂、染色助剂等常规助剂，同时加入亲水性二氧化硅颗粒的N,N-二甲基乙酰胺分散液，经N,N-二甲基乙酰胺稀释至一定固含量，进行充分搅拌、分散、熟化，得到皮层纺丝液；

7)将所述皮层、芯层纺丝液通过计量泵送入皮芯结构聚氨酯弹性纤维专用干法纺丝系统；

8)借助喷丝板对芯层纺丝液进行喷丝拉伸，经第一甬道内高温干燥，制备芯层聚氨酯弹性纤维；

9)通过涂覆装置将皮层纺丝液涂覆于芯层聚氨酯弹性纤维表面，经第二甬道高温干燥，制备皮芯结构聚氨酯弹性纤维，后经上油、卷绕成型得到皮芯结构吸湿排汗聚氨酯弹性纤维丝卷。

所述皮芯结构聚氨酯弹性纤维专用干法纺丝系统，流程示意图可见专利201711315362.X；所述涂覆装置为左右两个内部含腔体的半圆柱，两个半圆柱能处于开启或闭合状态，具体结构及使用方法可见专利1711315362.X。

实施例1

步骤1.将3.00kg二氧化硅颗粒(–OH基团1.0mol/kg，平均粒径20um)分散在90kgN,N-二甲基乙酰胺溶剂中，经球磨机分散180min后，滴加3.13kg甲苯-2,4-二异氰酸酯，氮气保护下于90℃反应6h，反应结束后用滤网过滤，过滤同时用N,N-二甲基乙酰胺洗涤，得到功能化二氧化硅颗粒(-NCO基团0.71mol/kg)；

步骤2.将2.00kg功能化二氧化硅颗粒分散在27.72kg N,N-二甲基乙酰胺中，经球磨机分散180min后，滴加1.06kg甲氧基聚乙二醇(分子量750)，氮气保护下于80℃反应3.5h，得到亲水性二氧化硅颗粒；

步骤3.将237.10kg聚四亚甲基醚二醇(分子量1800)、53.90kg 4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯同时送至第一反应器中，反应时间2.2h，反应温度70℃，得到预聚物；

步骤4.将291.00kg预聚物和443.91kg N,N-二甲基乙酰胺同时输送至高速溶解机中，高速剪切使预聚物充分溶解，得到预聚物溶液；

步骤5.将734.91kg预聚物溶液和112.6kg混合胺N,N-二甲基乙酰胺溶液(包括0.61kg 1,2-丙二胺、4.42kg乙二胺、0.60kg二乙胺)混合，快速搅拌使链增长和链终止同时发生，制备聚氨基甲酸酯-聚脲溶液，经熟化得到芯层纺丝液；

步骤6.重复步骤5制备36.86kg聚氨基甲酸酯-聚脲溶液，加入抗氧剂、紫外吸收剂、润滑剂、消光剂等共1.5kg，6.00kg亲水性二氧化硅颗粒的N,N-二甲基乙酰胺分散液，105.64kg N,N-二甲基乙酰胺，并进行充分搅拌、分散、熟化，得到皮层纺丝液；

步骤7.将芯层纺丝液从齿轮泵挤出，经第一甬道进行干法纺丝，喷丝板为3孔36头，上甬温度260℃，下甬温度190℃，纺丝速度800m/min；

步骤8.待纺丝过程运行稳定后，向涂覆装置腔体添加皮层纺丝液，调整皮层纺丝液吐出量，使其涂覆厚度为100um；

步骤9.出涂覆装置聚氨酯弹性纤维经第二甬道进行干法纺丝，上甬温度250℃，下甬温度180℃，皮芯结构聚氨酯弹性纤维经上油，卷绕成型。

实施例2

步骤1.将3.00kg二氧化硅颗粒(–OH基团1.0mol/kg，平均粒径20um)分散在90kgN,N-二甲基乙酰胺溶剂中，经球磨机分散180min后，滴加3.13kg甲苯-2,4-二异氰酸酯，氮气保护下于90℃反应6h，反应结束后用滤网过滤，过滤同时用N,N-二甲基乙酰胺洗涤，得到功能化二氧化硅颗粒(-NCO基团0.71mol/kg)；

步骤2.将2.00kg功能化二氧化硅颗粒分散在27.72kg N,N-二甲基乙酰胺中，经球磨机分散180min后，滴加1.06kg甲氧基聚乙二醇(分子量2000)，氮气保护下于80℃反应3.5h，得到亲水性二氧化硅颗粒；

步骤3.将237.10kg聚四亚甲基醚二醇(分子量1800)、53.90kg 4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯同时送至第一反应器中，反应时间2.2h，反应温度70℃，得到预聚物；

步骤4.将291.00kg预聚物和443.91kg N,N-二甲基乙酰胺同时输送至高速溶解机中，高速剪切使预聚物充分溶解，得到预聚物溶液；

步骤5.将734.91kg预聚物溶液和112.6kg混合胺N,N-二甲基乙酰胺溶液(包括0.61kg 1,2-丙二胺、4.42kg乙二胺、0.60kg二乙胺)混合，快速搅拌使链增长和链终止同时发生，制备聚氨基甲酸酯-聚脲溶液，经熟化得到芯层纺丝液；

步骤6.重复步骤5制备36.86kg聚氨基甲酸酯-聚脲溶液，加入抗氧剂、紫外吸收剂、润滑剂、消光剂等共1.5kg，6.00kg亲水性二氧化硅颗粒的N,N-二甲基乙酰胺分散液，105.64kg N,N-二甲基乙酰胺，并进行充分搅拌、分散、熟化，得到皮层纺丝液；

步骤7.将芯层纺丝液从齿轮泵挤出，经第一甬道进行干法纺丝，喷丝板为3孔36头，上甬温度260℃，下甬温度190℃，纺丝速度800m/min；

步骤8.待纺丝过程运行稳定后，向涂覆装置腔体添加皮层纺丝液，调整皮层纺丝液吐出量，使其涂覆厚度为100um；

步骤9.出涂覆装置聚氨酯弹性纤维经第二甬道进行干法纺丝，上甬温度250℃，下甬温度180℃，皮芯结构聚氨酯弹性纤维经上油，卷绕成型。

Claims (8)

1.一种皮芯结构吸湿排汗聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于该制备方法包括以下步骤：

1)将二氧化硅颗粒和甲苯-2,4-二异氰酸酯加入N,N-二甲基乙酰胺中，通过球磨机分散后，置于80～100℃温度条件下反应6～8h，反应结束后离心获取二氧化硅颗粒，再用N,N-二甲基乙酰胺分散，反复几次，得到功能化二氧化硅颗粒；将功能化二氧化硅颗粒加入N,N-二甲基乙酰胺中，球磨机分散，加入甲氧基聚乙二醇，置于70～80℃温度条件下反应2～4h，得到亲水性二氧化硅颗粒的N,N-二甲基乙酰胺分散液；

2)在第一反应器中，同时加入二异氰酸酯、聚醚多元醇，置于70-80℃温度条件下，充分进行预聚反应，得到以-NCO封端预聚物，在高速溶解机中，采用N,N-二甲基乙酰胺作为溶剂，对所述的以-NCO封端预聚物进行充分溶解，得到-NCO封端预聚物N,N-二甲基乙酰胺溶液；

3)在第二反应器中，采用混合胺N,N-二甲基乙酰胺溶液，其中混合胺包括作为扩链剂的二胺与作为链终止剂的单胺，对所述-NCO封端预聚物N,N-二甲基乙酰胺溶液进行扩链，得到聚氨基甲酸酯-聚脲溶液，经过熟化，得到芯层纺丝液；

4)在上述聚氨基甲酸酯-聚脲溶液中加入抗氧剂、紫外吸收剂、润滑剂、消光剂、染色助剂，同时加入步骤1)得到的亲水性二氧化硅颗粒的N,N-二甲基乙酰胺分散液，经N,N-二甲基乙酰胺稀释，进行充分搅拌、分散、熟化，得到皮层纺丝液；

5)将所述皮层、芯层纺丝液通过计量泵送入皮芯结构聚氨酯弹性纤维专用干法纺丝系统，借助喷丝板对芯层纺丝液进行喷丝拉伸，经第一甬道内高温干燥，制备芯层聚氨酯弹性纤维；再通过涂覆装置将皮层纺丝液涂覆于芯层聚氨酯弹性纤维表面，经第二甬道高温干燥，制备皮芯结构聚氨酯弹性纤维，后经上油、卷绕成型得到皮芯结构吸湿排汗聚氨酯弹性纤维丝卷；

其中，

所述二氧化硅颗粒表面-OH基团含量为1.0mmol/g～1.5mmol/g，颗粒平均粒径为1μm～10μm；所述二氧化硅颗粒中-OH基团与甲苯-2,4-二异氰酸酯中-NCO基团摩尔比为1:6～1:12；

所述甲氧基聚乙二醇分子量为350～5000；所述功能化二氧化硅颗粒中-NCO基团与甲氧基聚乙二醇中-OH基团摩尔比为1:1；所述亲水性二氧化硅颗粒的N,N-二甲基乙酰胺分散液固含量为10wt％。

2.根据权利要求1所述的皮芯结构吸湿排汗聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于：所述二异氰酸酯是4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、4,4’-环己烷二亚甲基二异氰酸酯或2,4’-环己烷二亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种组合。

3.根据权利要求1所述的皮芯结构吸湿排汗聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于：所述聚醚多元醇是聚四亚甲基醚二醇，分子量为1500～3000；所述-NCO封端预聚物，-NCO含量为1.8wt％～3.5wt％；所述-NCO封端预聚物N,N-二甲基乙酰胺溶液，预聚物含量为35wt％～45wt％。

4.根据权利要求1所述的皮芯结构吸湿排汗聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于：所述作为扩链剂的二胺为乙二胺、1,2-丙二胺或2-甲基-1,5-戊二胺中的一种或几种；所述作为链终止剂的单胺为二甲胺、二乙胺、二丙胺、乙醇胺或二乙醇胺的一种或几种；所述二胺与单胺的氨基摩尔比为10:1～20:1；所述混合胺N,N-二甲基乙酰胺溶液，混合胺含量为4wt％～6wt％。

5.根据权利要求1所述的皮芯结构吸湿排汗聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于：所述亲水性二氧化硅颗粒占皮层纺丝液固含量比例为3wt％～5wt％；所述皮层纺丝液固含量为10wt％。

6.根据权利要求1所述的皮芯结构吸湿排汗聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于：所述熟化后的芯层纺丝液，粘度为1500～6000泊；所述熟化后的皮层纺丝液，粘度为1500～6000泊。

7.根据权利要求1所述的皮芯结构吸湿排汗聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于：所述涂覆装置对芯层聚氨酯弹性纤维的涂覆厚度为5μm～50μm。

8.根据权利要求1所述的皮芯结构吸湿排汗聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于：所述二异氰酸酯与聚醚多元醇，添加比例为1.42:1-2.60:1。

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